CN112222416A - 一种高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法及金属粉末 - Google Patents
一种高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法及金属粉末 Download PDFInfo
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Abstract
本发明公开了一种高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法，包括以下步骤：将各种单质或合金金属原材料通过中频熔炼成钢液，采用超高压水气联合雾化制备高氮无磁无镍不锈钢超细粉末，并在雾化介质中添加一定比例的表面活性剂，然后将雾化制备的金属粉末脱水并真空干燥；真空干燥后筛选粒度为0‑30μm的金属粉末成品；所述表面活性剂的含量为0.01％‑1.0％。本发明的方法较为简单可控，可有效的降低粉末的氧含量，改善金属粉末的团聚效应，提高粉末的分散性和振实密度。所得的金属粉末为具有优异的分散性、低的氧含量和高的振实密度，且外来杂质可控。
Description
技术领域
本发明涉及金属粉末制备技术领域，特别涉及一种高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法，尤其是一种高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法及金属粉末。
背景技术
MIM金属注射成型作为一种新型精密复杂零件的制备技术，是以模具注塑成型为基础，将金属粉体与粘结剂按一定比例混合后注塑到模具中，然后进行脱脂烧结成形，适用于复杂微小构件产品和大规模生产，具有生产效率高、材料利用率高、生产升本低等优点，是目前国际上处于风口浪尖的热门话题。
在以往奥氏体不锈钢的成本中镍占的比例为60％-90％，镍的价格非常昂贵，而且镍资源是非常重要的战略物资，我国又是一个镍资源非常贫乏的国家。以廉价的氮元素代替贵重而稀缺的镍元素，生产Cr-Mn-N系高氮无镍奥氏体不锈钢是减少镍资源消耗最有效的方法，其意义十分重大。
但申请人在实现现有技术中的技术方案的过程中，发现现有技术的技术方案中存在如下技术问题：
化学法和雾化法，其中，雾化法分为气雾化和水雾化。其中，化学法适用于单质金属粉末，且制备的粉末粒度细；雾化法是目前制备MIM金属注射成型用金属粉末的主要方法，采用常规气雾化制备高氮无磁无镍不锈钢金属粉末成本高、生产效率低而且粉末的粒度较粗，不利于生产精细薄壁零部件；采用常规水雾化制备的高氮无磁无镍不锈钢粉末，由于金属元素Mn的存在，极易与氧反应生成氧化物，氧含量偏高(＞8000ppm)，而且振实密度低，无法获得高致密度的MIM烧结件。
发明内容
本发明一方面要解决的技术问题是提供一种高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法，解决了现有技术中金属粉末成本高、生产效率低而且粉末的粒度较粗，振实密度低，不利于生产精细薄壁零部件的技术问题，达到了降低成本且提高生产效率和粉末致密度以及利于生产精细薄壁零部件的技术效果。
为了解决上述技术问题，本发明的技术方案为：
一种高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法，包括以下步骤：
(S1)熔炼：将各种单质或合金金属原材料通过中频熔炼成钢液；
(S2)雾化成粉：采用超高压水气联合雾化制备高氮无磁无镍不锈钢超细金属粉末，并在雾化介质中添加一定比例的表面活性剂；所述表面活性剂的含量为0.01％-1.0％；
(S3)脱水干燥：将雾化制备的金属粉末脱水并真空干燥；
(S4)筛选：真空干燥后筛选粒度为0-30μm的金属粉末成品。
优选的，所述金属原料为纯铁、纯铬、高氮铬铁、纯锰、高氮锰铁等块状材料，钢液温度为1500-1700℃。
更优选的，所述超高压水气联合雾化法雾化压力为80-140Mpa，水流量为50-140L/min。
更优选的，所述表面活性剂为阴离子表面活性剂，其含量为0.005％-2.0％。
优选的，所述所述超高压水雾化制备的金属粉末需要脱水和真空干燥。
特别优选的，所述筛选用分级方式去除粒度＞30μm的所述金属粉末原料。
本发明另外一方面要解决的问题是提供一种高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法制备而成的金属粉末。
本申请提供的一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果或优点：
上述技术方案，由于采用以下步骤：(S1)熔炼：将各种单质或合金金属原材料通过中频熔炼成钢液；(S2)雾化成粉：采用超高压水气联合雾化制备高氮无磁无镍不锈钢超细金属粉末，并在雾化介质中添加一定比例的表面活性剂；所述表面活性剂的含量为0.01％-1.0％；(S3)脱水干燥：将雾化制备的金属粉末脱水并真空干燥等一系列技术手段。使得纳米改性方法简单可控，尤其适用于提高MIM金属注射成型用高氮无磁无镍不锈钢金属粉末振实密度和降低氧含量，通过在表面活性剂的作用下，在金属粉末表面通过包覆疏水层对金属粉末表面进行改性处理，从而有效的减少金属粉末的氧含量，提升金属粉末表面物理状态，提高粉末的振实密度，由此得到的MIM金属注射成型用高氮无磁无镍不锈钢金属粉末为近球形，具有较低的氧含量和高的振实密度，与金属粉末原料相比不增加杂质含量。有效解决了现有技术中的金属粉末成本高、生产效率低而且粉末的粒度较粗，振实密度低，不利于生产精细薄壁零部件的技术问题，进而实现了降低成本且提高生产效率和粉末致密度以及利于生产精细薄壁零部件技术效果。
附图说明
图1为本发明的高氮无磁无镍不锈钢金属粉末成品的形貌图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明。在此需要说明的是，对于这些实施方式的说明用于帮助理解本发明，但并不构成对本发明的限定。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本申请实施方式的技术方案通过提供一种高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法，解决了现有技术中金属粉末成本高、生产效率低而且粉末的粒度较粗，振实密度低，不利于生产精细薄壁零部件的的问题，在采用以下步骤：(S1)熔炼：将各种单质或合金金属原材料通过中频熔炼成钢液；(S2)雾化成粉：采用超高压水气联合雾化制备高氮无磁无镍不锈钢超细金属粉末，并在雾化介质中添加一定比例的表面活性剂；所述表面活性剂的含量为0.01％-1.0％；(S3)脱水干燥：将雾化制备的金属粉末脱水并真空干燥下实现了降低成本且提高生产效率和粉末致密度以及利于生产精细薄壁零部件有益效果。
本发明为解决上述技术问题的实施方案的总体思路如下：
采用以下步骤：(S1)熔炼：将各种单质或合金金属原材料通过中频熔炼成钢液；(S2)雾化成粉：采用超高压水气联合雾化制备高氮无磁无镍不锈钢超细金属粉末，并在雾化介质中添加一定比例的表面活性剂；所述表面活性剂的含量为0.01％-1.0％；(S3)脱水干燥：将雾化制备的金属粉末脱水并真空干燥等一系列技术手段。使得纳米改性方法简单可控，尤其适用于提高MIM金属注射成型用高氮无磁无镍不锈钢金属粉末振实密度和降低氧含量，通过在表面活性剂的作用下，在金属粉末表面通过包覆疏水层对金属粉末表面进行改性处理，从而有效的减少金属粉末的氧含量，提升金属粉末表面物理状态，提高粉末的振实密度，由此得到的MIM金属注射成型用高氮无磁无镍不锈钢金属粉末为近球形，具有较低的氧含量和高的振实密度，与金属粉末原料相比不增加杂质含量。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
实施例1
本实施例提供一种低成本高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法：
首先将金属原材料电工纯铁、纯铬按一定比例通过中频熔炼成钢液，在雾化前30min将高氮铬铁和高氮锰铁加入中频熔炼炉中，采用超高压水气联合雾化制备高氮无磁无镍不锈钢超细粉末，并在雾化介质中添加比例为0.1％的表面活性剂，雾化压力为120Mpa，水流量为70L/min，然后将雾化制备的金属粉末脱水并真空干燥。真空干燥后采用气流分级方式筛选粒度为0-30μm的金属粉末成品。
实施例2
本实施例提供一种低成本高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法：
首先将金属原材料电工纯铁、纯铬按一定比例通过中频熔炼成钢液，在雾化前20min将高氮铬铁和高氮锰铁加入中频熔炼炉中，采用超高压水气联合雾化制备高氮无磁无镍不锈钢超细粉末，并在雾化介质中添加比例为0.1％的表面活性剂，雾化压力为120Mpa，水流量为70L/min，然后将雾化制备的金属粉末脱水并真空干燥。真空干燥后采用气流分级方式筛选粒度为0-30μm的金属粉末成品。
实施例3
本实施例提供一种低成本高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法：
首先将金属原材料电工纯铁、纯铬按一定比例通过中频熔炼成钢液，在雾化前20min将高氮铬铁和高氮锰铁加入中频熔炼炉中，采用超高压水气联合雾化制备高氮无磁无镍不锈钢超细粉末，并在雾化介质中添加比例为0.05％的表面活性剂，雾化压力为120Mpa，水流量为70L/min，然后将雾化制备的金属粉末脱水并真空干燥。真空干燥后采用气流分级方式筛选粒度为0-30μm的金属粉末成品。
实施例4
本实施例提供一种低成本高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法：
首先将金属原材料电工纯铁、纯铬按一定比例通过中频熔炼成钢液，在雾化前20min将高氮铬铁和高氮锰铁加入中频熔炼炉中，采用超高压水气联合雾化制备高氮无磁无镍不锈钢超细粉末，并在雾化介质中添加比例为1.0％的表面活性剂，雾化压力为120Mpa，水流量为70L/min，然后将雾化制备的金属粉末脱水并真空干燥。真空干燥后采用气流分级方式筛选粒度为0-30μm的金属粉末成品。
实施例5
本实施例提供一种低成本高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法：
首先将金属原材料电工纯铁、纯铬按一定比例通过中频熔炼成钢液，在雾化前20min将高氮铬铁和高氮锰铁加入中频熔炼炉中，采用超高压水气联合雾化制备高氮无磁无镍不锈钢超细粉末，并在雾化介质中添加比例为0.5％的表面活性剂，雾化压力为120Mpa，水流量为100L/min，然后将雾化制备的金属粉末脱水并真空干燥。真空干燥后采用气流分级方式筛选粒度为0-30μm的金属粉末成品。
对照例
重复实施上述实施例1～5，得到足够多的金属粉末。以实施例1为例，所得的高氮无磁无镍不锈钢粉末成品的形貌图请参照图1，并对所得的高氮无磁无镍不锈钢粉末成品以及高氮无磁无镍不锈钢粉末不同制备方法进行对比，其结果如表1所示。
表一：本发明实施例1和对照例的测结果
由表1可以看出，通过实施例1的方法，能较其他方法有效提高成品的振实密度，且金属粉末的氧含量明显降低，满足MIM金属注射成型对金属粉末的要求。
综上所述，本发明较佳实施例提供的表面改性处理方法操作简单可控，尤其适用于提高MIM金属注射成型用高氮无磁无镍不锈钢金属粉末的振实密度和氧含量。提供的提高MIM金属注射成型用高氮无磁无镍不锈钢金属粉末振实密度和降低氧含量的方法简单，可有效的减少金属粉末的氧含量，提升金属粉末表面物理状态。由此得到的MIM金属注射成型用金属粉末为近球形，具有较低的氧含量和高的振实密度，与金属粉末原料相比不增加杂质含量，可以满足MIM金属注射成型对高氮无磁无镍不锈钢金属粉末的要求。
其余实施例也获得接近的结果。
以上结合附图对本发明的实施方式作了详细说明，但本发明不限于所描述的实施方式。对于本领域的技术人员而言，在不脱离本发明原理和精神的情况下，对这些实施方式进行多种变化、修改、替换和变型，仍落入本发明的保护范围内。
Claims (7)
1.一种高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法，其特征在于：包括以下步骤：
(S1)熔炼：将各种单质或合金金属原材料通过中频熔炼成钢液；
(S2)雾化成粉：采用超高压水气联合雾化制备高氮无磁无镍不锈钢超细金属粉末，并在雾化介质中添加一定比例的表面活性剂；所述表面活性剂的含量为0.01％-1.0％；
(S3)脱水干燥：将雾化制备的金属粉末脱水并真空干燥；
(S4)筛选：真空干燥后筛选粒度为0-30μm的金属粉末成品。
2.根据权利要求1所述的高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法，其特征在于：所述金属原料为纯铁、纯铬、高氮铬铁、纯锰、高氮锰铁等块状材料，钢液温度为1500-1700℃。
3.根据权利要求1所述的高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法，其特征在于：所述超高压水气联合雾化法雾化压力为80-140Mpa，水流量为50-140L/min。
4.根据权利要求1所述的高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法，其特征在于：所述表面活性剂为阴离子表面活性剂，其含量为0.005％-2.0％。
5.根据权利要求1所述的高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法，其特征在于：所述所述超高压水雾化制备的金属粉末需要脱水和真空干燥。
6.根据权利要求1所述的高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法，其特征在于：所述筛选用分级方式去除粒度＞30μm的所述金属粉末原料。
7.如权利要求1-6中任一项所述的高氮无磁无镍不锈钢超细粉末的制备方法制备而成的金属粉末。
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